Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое генераторы сигналов высокой частоты, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое генераторы сигналов высокой частоты, генераторы свч , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ.
Генерация сигналов с частотой выше 1 ГГц представляет определенные трудности, связанные с инерционностью наиболее массовых активных приборов — биполярных и полевых транзисторов. Американская компания Hittite Microwave выпускает широкий спектр монолитных микросхем генераторов синусоидальных сигналов с частотами выше 1 ГГц. У некоторых микросхем частота выходных сигналов достигает десятков ГГц. Монолитные микросхемы компании выполнены в миниатюрных корпусах или в бескорпусном исполнении и имеют размеры спичечной головки. Значительное внимание уделяет компания снижению фазового шума генераторов, что позволяет получить высокую стабильность частоты. Все это достигается с помощью гетеропереходных биполярных транзисторов на основе GaAs и InGaP (технология HBT MMIC).
Необходимость в существенном повышении точности задания частоты синусоидальных сигналов и расширении их частотного диапазона привела к разработке цифровых синтезаторов частоты с системой фазовой автоподстройки частоты (рис. 1) [5, 6]. Первый генератор — это высокостабильный опорный генератор эталонной частоты fэт и делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления R. Он формирует частоту f1 = fэт/R. Заметим, что он может быть и умножителем частоты.
Рис. 1. Функциональная схема генератора синусоидального сигнала на основе цифрового синтезатора частоты
Второй генератор перестраивается в достаточно широких пределах по напряжению (VCO). Его частота делится в N раз с помощью делителя с переменным коэффициентом деления ДПКД. Для перестройки делителя используется блок управления. Сигнал с частотой f1 = fэт/R сравнивается с сигналом с частотой f2 = fст/N с помощью импульсного фазового детектора. Выходной сигнал последнего фильтруется фильтром низких частот (Loop Filter) и подается на регулирующий элемент (варактор или варикап), меняющий частоту стабилизированного генератора до тех пор, пока не будет обеспечено условие f1 = f2, что соответствует установившейся частоте стабилизированного генератора:
В LC-генераторах, для которых выполняются условия балансов амплитуд и фаз, частота в основном определяется резонансом колебательного контура:
(3.3)
Упрощенная схема LC-генератора на операционном усилителе показана на рис. 3.4, а. Усилитель автогенератора охвачен двумя цепями обратной связи, обеспечивающими режимы балансов амплитуд и фаз. Баланс амплитуд устанавливают цепью отрицательной ОС, состоящей из резисторов R1 и R2. С ее помощью задают требуемый коэффициент усиления собственно усилителя |К| = R2/R1. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Баланс фаз обеспечивает цепь положительной ОС, состоящей из резистора R и параллельного колебательного LC-контура. Коэффициент передачи цепи положительной ОС
(3.4)
где R0 - резонансное сопротивление параллельного контура.
Рисунок 3.4 Схемы LC-генераторов на ОУ:
а - упрощенная электрическая; б - с кварцевой стабилизацией
В диапазоне радиочастот в средствах измерений применяют как генераторы сигналов, так и генераторы стандартных сигналов. Генераторы сигналов имеют большую среднюю выходную мощность (до 3 Вт) и их используют для питания измерительных передающих антенн и других мощных устройств. Генераторы стандартных сигналов - маломощные источники с низким уровнем выходного напряжения (до 1 В) - применяют при испытаниях, и настройке узлов радиоаппаратуры. Основные требования, предъявляемые к ГСС: высокие стабильность частоты и амплитуды выходного сигнала, малый коэффициент нелинейных искажений. В генераторах стандартных сигналов предусматривают возможность получения амплитудной модуляции за счет использования как внешнего, так и внутреннего источников напряжения. Внутренняя модуляция обычно действует на частотах 400 и 1000 Гц.
У измерительных генераторов нормируются основные параметры выходного сигнала: амплитуда, частота, искажения и другие.
Генераторы сверхвысоких частот (СВЧ-генераторы) работают в диапазоне частот 1...40 ГГц. По типу выходного соединителя с исследуемой схемой они делятся на коаксиальные и волноводные, причем последние более высокочастотные. Для СВЧ-генераторов характерно однодиапозонное построение, с небольшим перекрытием по частоте (около октавы - 2 раза). Некалиброванная выходная мощность измерительного СВЧ-генератора достигает десяти ватт, а калиброванная составляет нескольких микроватт. Шкалы калиброванных аттенюаторов СВЧ-генераторов градуируют в дБ, а ГСС - в децибелах и микроваттах.
Генераторы сверхвысоких частот используют для настройки радиоприемных устройств радиолокационных и радионавигационных станций, систем космической связи и спутникового вещания, измерения параметров различных антенн и т.д. Структурная схема СВЧ-генератора показана на рис. 3.5. Особенностями измерительных генераторов этого вида являются, относительная простота электронной части схемы и сложность механических узлов приборов. Схема включает собственно СВЧ-генератор, импульсный модулятор, измеритель малой мощности, частотомер и калиброванный аттенюатор. Все высокочастотные узлы генератора соединяют волноводами.
Задающие СВЧ-генераторы измерительных приборов выполняют на отражательных клистронах, диодах Ганна, магнетронах, лавинно-пролетных диодах (ЛПД), лампах бегущей (ЛБВ) и обратной волны (ЛОВ) и т.д.
Рисунок 3.5 Структурная схема СВЧ-генератора
В измерительных СВЧ-генераторах необходима тщательная экранировка, так как утечка мощности с ростом частоты возрастает. Провода питания выполняют в виде коаксиальных кабелей со специальным наполнением, хорошо поглощающим энергию СВЧ-колебаний. Повышенные требования предъявляют и к источникам питания, так как активные элементы СВЧ-диапазона чувствительны к нестабильности питающих напряжений.
Одной из особенностей СВЧ-генераторов является сравнительно простая структурная реализация. В них обычно отсутствуют замкнутые системы регулировки и подстройки параметров, оконечные усилители и другие узлы, присущие генераторам, работающим на более низких частотах. В общем виде структурная схема генератора сигналов СВЧ изображена на рис. 9.3. Каждый из генераторов имеет задающий генератор, в качестве которого может быть клистрон, диод Ганна, ЛОВ, СВЧ-транзистор или другой прибор, помещенный в специальную генераторную секцию.
Рис. 93. Структурная схема генератора
В этой же секции располагается съемник мощности, который представляет собой регулируемый или фиксированный элемент связи с задающим генератором, например петля связи в резонаторе. Обязательными элементами генераторов сигналов являются устройства для регулировки частоты и схема управления режимами генератора. Устройство для регулировки частоты может быть как очень простым, например потенциометром постоянного тока, которое регулирует напряжение на управляющем электроде ЛОВ, так и достаточно сложным. В частности, в ряде генераторов применяется устройство для механической перестройки резонатора клистрона, связанное с механическим счетчиком, представляющим собой шкалу частоты генератора. Обычно частота генератора в заданном диапазоне не линейно зависит от смещения регулирующего элемента, поэтому механический счетчик сложным образом связан с ним. В транзисторных генераторах некоторых типов применяют резонаторы с ферритовой перестройкой частоты, устройство которых сравнительно простое — электромагнит, однако к материалу, размерам и точности установки ферритовой сферы предъявляются достаточно жесткие требования, что делает его сложным по конструкции и при изготовлении.
Схема управления режимами генератора состоит из переключателей и усилителей видеоимпульсов, позволяющих согласовать входные напряжения от внешних или внутреннего модулятора с напряжением и токами, управляющими работой задающего генератора. Обычно СВЧ-ге- нераторы работают в режимах амплитудно-импульсной и частотной модуляции. В последних моделях генераторов для импульсной модуляции часто применяют p-i-n диоды. В этом случае задающий генератор работает в режиме непрерывной генерации, а на выходе сто в тракте установлен p-i-n модулятор, представляющий собой быстродействующий выключатель СВЧ-колебаний. При этом схема управления подает модулирующий импульс не на задающий генератор, а на p-i-n модулятор.
В генераторах, где устройство установки частоты непосредственно не связано со шкалой прибора, применяют частотомер. Многие клистронные генераторы содержат резонансный волномер (с индикатором резонанса). В некоторых генераторах могут применяться электронно-счетные частотомеры с гетеродинными преобразователями частоты. В ряде генераторов шкала частоты представляет собой табло в виде цифровых электронных индикаторов, однако она не является шкалой электронно-счетного частотомера, а связана с управляющим ЛОВ напряжением либо с датчиком линейных перемещений регулирующего элемента резонатора.
Аттенюатор и ваттметр обычно входят в схему генераторов стандартных сигналов. Генераторы сигналов могут не содержать этих устройств, так как не имеют калиброванного выхода. Ваттметр может быть подключен к калиброванному выходу внешним (калиброванным) кабелем или представляет собой ваттметр проходного типа, который включается в измерительный тракт внутри генератора. В генераторах стандартных сигналов применяют наиболее простые диодные, термоэлектрические ваттметры или терморезисторные преобразователи, включенные в разбалансный мост.
Современные модели генераторов сигналов могут помимо элементов схемы (см. рис. 9.3) иметь дополнительные устройства, например цифровую шкалу уровня мощности, микропроцессорный вычислитель, устройство ввода-вывода программ и команд. В целом такие устройства лишь совершенствуют, но не меняют общую структурную схему генератора.
Генератор сигналов высокочастотный Rigol DSG830 способен формировать ВЧ и РЧ сигналы в диапазоне частот от 9 кГц до 3 ГГц. Это обеспечивает генератору сигналов Rigol DSG830 широкую область применения при разработке и тестировании потребительской электроники, средств связи, аудио- и видеотехники и др. Благодаря возможности дистанционного управления генератором сигналов Rigol DSG830 по интерфейсу LAN (LXI) его можно использовать в измерительных лабораториях любой конфигурации. Прибор имеет компактные размеры и небольшой вес.
Частотный диапазон: 9 кГц…3 ГГц. Точность 2 ppm (5 ppb — опция OCXO-B08). Старение <1ppm/год (<30 ppb/год — опция OCXO-B08). Разрешение 0,01 Гц. Амплитуда вых.сигнала: -110 дБм…+13 дБм ( установка -110 дБм…+20 дБм). Фазовый шум <-105дБн/Гц@20кГц. Свипирование ипо частоте и амплитуде. Встроенный модулирующий генератор. Режимы модуляции: АМ, ЧМ, ФМ, импульсная (опция DSG800-PUM). Импульсный генератор (опция DSG800-PUM) и генератор паттернов (опция DSG800-PUG). Интерфейсы USB-host/device, LAN (LXI). Дисплей 3,5″ TFT(320×240). Размеры: 261,5х112х318,4 мм. Вес: 4,2 кг
В современной технике связи (в том числе кабельной и спутниковой) и в радиотехнике широко применяются СВЧ-генераторы синусоидальных сигналов. Они используются в радиопередающих устройствах, гетеродинах радиоприемных устройств, измерительных приборах и устройствах автоматики.
Высокочастотные генераторы сигналов широко используются в исследовательских и измерительных лабораториях, телекоммуникационной сфере, промышленном производстве и во многих других отраслях. Современные модели высокочастотных генераторов позволяют формировать чистые синусоидальные сигналы с частотами от долей Гц до сотен ГГц. Большинство моделей генераторов также позволяют модулировать выходной сигнал любым из стандартных методов (АМ, ЧМ и ФМ). Импульсная модуляция (ИМ) также есть во многих моделях, но, как правило, доступна в качестве дополнительной опции.
Векторные генераторы сигналов относятся к отдельной группе высокочастотных генераторов. Частотный диапазон этих приборов обычно не превышает 10 ГГц, зато они могут модулировать выходной сигнал с помощью широкого набора цифровых (векторных) видов модуляции (QAM, PSK и др.). Основное назначение векторных генераторов - это разработка, производство и обслуживание современных систем беспроводной передачи данных: мобильной связи, LTE, Wi-Fi, Bluetooth и т.д.
Контрольные вопросы:
1. В чем особенности конструирования СВЧ-генераторов?
2. Поясните работу LC-генератора.
3. Поясните необходимость тщательной экранировки в СВЧ-генераторах.
4. Чему равна частота колебаний LC- генератора?
Информация, изложенная в данной статье про генераторы сигналов высокой частоты , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое генераторы сигналов высокой частоты, генераторы свч и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ
Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.
Комментарии
Оставить комментарий
МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ
Термины: МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ